CN1086580A - 汽轮机 - Google Patents

Abstract

一种汽轮机包括一根至少其一部分的长度设在 一个外壳(4)内并穿过该外壳(4)的轴(3)，该外壳包 括一个高压侧(10)和一个与此相对置的排气侧(12)， 和一个用以调节进入外壳(4)内的蒸汽流的调节阀 (30)。为了汽轮机(1)特别顺利的运行和良好的效 率，根据本发明，轴(3)被无油地支承在设置在外壳 (4)内高压侧(10)和排气侧(12)的磁性轴承(6，8，14) 上，以及借助一个电磁伺服驱动装置(28)使调节阀 (30)无油地操动。

Description

本发明涉及一种汽轮机，其穿过汽轮机外壳的轴至少有一部分的长度是设在外壳内的，该外壳内包括一个高压侧和一个与此相对置的排气侧，汽轮机带有至少一个调节阀用以调节进入外壳的蒸汽流。

运转一个汽轮机通常使用油压式的装置，例如，用油润滑的径向和轴向轴承以及以油压驱动的带有所属控制装置的调节阀。同样情况，作为快速作用主要闭塞装置的所谓快速关闭阀以及用以转动涡轮转子而设置的转动装置都是以油压驱动的。在一个汽轮机内使用油类本身就肯空蕴藏着着火的危险。多年来企图寻找出不着火或不易着火的液体至今还没有满意的结果。

本发明的目的在于进一步发展如本文开始所提到的那种汽轮机，使其在避免了着火危险的情况下仍能顺利运转。

根据本发明，这一目的是这样达到的，即通过在外壳内的高压侧和压侧和排气侧设置磁性轴承，使轴有一个无油的支承，以及使用一个电磁伺服驱动来无油地操动调节阀。

在外壳内高压侧设置的磁性轴承有利地包括一个径向轴承和一个轴向轴承。除此以外，在高压侧还设置有一个止推轴承，该轴承最好设置在径向轴承和轴向轴承之间。磁性轴承和止推轴承最好用凸缘固定在汽轮机外壳上并用一个盖子气密地将其封阚，因而在高压侧处于外壳内的蒸汽室与外界不再连通。对于这种情况，即用于驱动一种作功机械，如压缩机或发电机，的轴在高压侧一边穿过外壳的话，在排气侧一边就安有一个盖子。然而，轴在排气侧一边穿过外壳当然更为适合。

对于一个高压结构式的汽轮机，在高压侧经常在一个用于推动平衡的平衡活塞上配置一个所谓的迷宫式密封件作为密封装置。在这种情况下，磁性轴承和止推轴承就最好设置在蒸汽室和这个密封装置之间，也就是说，朝着排气侧看去，它们就设在这个密封装置之前。通过这种安排就可以得到一个介于在高压侧的磁性轴承和在排气侧的磁性轴承之间的特别小的支承间距，其优点是，轴的振动特性更加接近于“刚性轴”的理想情况。另一方面，如果仍旧保持寻常的支承间距在外壳内，也就是，在汽轮机的蒸汽室内，为另加的叶片组的地位被腾出来了。这样，汽轮机就可以获得特别高的效率。

对于轴在排气侧穿过汽轮机外壳的情况，在设置在那里的转子和汽轮机外壳之间就有必要设一个密封装置。为了将轴支承在排气侧，最好设置一个径向磁性轴承和另外一个止推轴承，它们同样地位于外壳之内。密封装置可以沿着蒸汽流的方向设置在这两个轴承的前面，中间或者为了缩短支承间距，设置在它们的后面。也可能将轴向磁性轴承安置在外壳的排气侧，而止推轴承和径向磁性轴承设置在其前面的蒸汽一侧。

调节阀用以通过一个活动的梁共同作用以调节进入外壳的新蒸汽的电磁伺服驱动装置代替了一个先前常用的液压调节缸。这样就有可能将伺服驱动装置有利的设置在外壳内。此外，一个液压变换器可以为一个电子动力单元所替代，这样就只有电线穿入到外壳内了。也可以设计一组相当于调节阀的数量的电磁伺服驱动装置。

作为伺服驱动装置最好使用电磁的线性驱动装置。这样，每个调节阀可以配置一个带有一个铁轭的电磁铁和一个线圈以及一个与一个推杆相连的可直线运动的电枢。一个通过其所有调节机构都能同时操作的活动梁就不再需要了。

下面将对本发明的实施例结合附图予以详细描述，其中：

图1是一个带有磁性轴承和电磁伺服驱动装置的无油汽轮机的截面图;和

图2和3是电磁伺服驱动装置的另外的结构形式。

在附图中相同的部件给以相同的标号。

图1中所示的汽轮机1包括一个支承在一根轴3上能转动涡轮转子2和一个固定的涡轮机外壳4。轴3支承在两个径向的磁性轴承6和8上，其中磁性轴承6设置在汽轮机1的高压侧10而磁性轴承8设置在排气侧12。根据图1中的汽轮机1，轴3是在排气侧12穿过涡轮机外壳4的。一般情况下，轴3也可以在高压侧穿过涡轮机外壳4。

一个在本实施例中支承在高压侧10的磁性轴向轴承14通过轴3在轴向的方向上支承涡轮转子2并吸收由蒸气造成的推力。但是磁性轴向轴承14也可以设置在排气侧。

此外，在高压侧10设计有一个止推轴承16，在本实施例中，该轴承设置在磁性轴承6和14之间。另一个止推轴承18设置在排气侧12沿着蒸汽的方向位于径向磁性轴承8的后面。在磁性轴承6和8发生故障时，轴3可以在这止推轴承16和18中慢慢停止转动。

目前所能得到的用于磁性轴承的线圈材料只能处于直至大约400℃的温度。但是，在一个汽轮机1的蒸汽室内温度可能高达540℃。因此就有必要对磁性轴承6，8和14以及止推轴承16和18加以冷却。对此，汽轮机1水-蒸汽-循环中的水可以取出加以利用。另外的配套装置，例如泵或冷却器，即不再需要了。当使用一个处于如此高温下的线圈材料，冷却就办不通了。例如可以通过对线圈丝的陶瓷隔热而获得一个耐高温性能。

高压侧10，也就是前面部份的轴承壳，由一个安装在外壳4上的盖子23气密地将其关闭，从而使该处与外界断绝连系。一个在实施例中设置在高压侧10的带有一个迷宫式密封装置的平衡活塞20只是在一个超高压涡轮机中才有需要。

配置在排气侧12沿着蒸汽流方向轴承8和18的前面，后面或者它们之间的无接触的轴密封件或密封装置24在每种情况都是必需的，这是固为轴3就在这出口处穿入外壳4的。

外壳4因此包围住整个的涡轮转子2和一部分长度的轴3。它还包围住磁性轴承6，8，14，止推轴承16，18和密封装置22，24。一个为新蒸汽的进气箱26是外壳4的一个部分。用于一系列调节阀30（图中只能见到其中的一个的至少一个电磁伺服驱动装置28也同样是安装在外壳4之内。

电磁伺服驱动装置28包括一个铁轭32和一个线圈34以及一个连接在一个推杆36上的活动的电枢38和一个固定的铁心。推杆36作用在一个活动的阀杆42上。借助于这个阀杆42，多个垂直于图面前后排成一列的调节阀30同时被操动。一个配置在固定的铁轭32下面的螺旋弹簧44将调节阀30关闭，其中一个在汽轮机1操动时作用在调节阀30上的蒸汽压力也同样以关闭的方向作用着。因此来自电磁伺服驱动装置用以打开调节阀30的力至少应相当于机械弹簧44的弹力和作用在调节阀30上的蒸汽压力的总和。

调节阀30可以通过一个作用在阀梁42上的单一的电磁伺服驱动装装置28来操动。另一种方式，它们也可以通过多个伺服驱动装置28来操动，在这种情况，每个单独的调节阀30被配置一个电磁伺服驱动装置28。另外的可能实施方式如图2和3中所示。

根据图2，一个伺服驱动装置28设在一个进气箱26的近旁。这里，活动的电枢38不是直接与推杆36相连接，而是通过一根杠杆50，推杆36还是带有调节阀30。此外，杠杆50能活动地安装在一个固定于外壳上的支座52上。

根据在图1和2中所示的布置，调节阀30是通过伺服驱动装置28的电磁力被打开的。伺服驱动装置28也可安排成以倒过来的力的方向对准调节阀30，从而使伺服驱动装置28的电磁力将调节阀30关闭。这种安排在例如一个快速关闭的情况下是合适的。在这种结构中，弹簧44对关闭调节阀30方向所施加的力一定要小。

一种将电枢38的活动直接传递给推杆36以关闭调节阀30可以以这样一种方式来进行，在这种方式中推杆36穿过一个铁心40中的钻孔，并从电枢38朝着关闭调节阀30的方向移动。在这方式中，电枢38和穿孔的铁心的位置互相交换一下。

图3中所示的同样设置在一个进气箱26近旁的伺服驱动装置28包括一个线圈60，线圈在一个基本上是短时间恒定的磁场中直线运行。线圈60的运动通过杠杆50传递到调节阀30上。所述的磁场可以由一个永久磁铁62，由一个带有一个线圈68的电磁铁64或者由一个由永久磁铁62和带线圈68的电磁铁64生成的两个磁场通过叠加的组合来产生。与一个铁心66相连接的以N和S标示其磁极的永久磁铁62由线圈68包1在一个铁轭67内。作用在线圈61上的电磁洛伦磁力（Lorentzkraft）基本上与通过线圈60的电流成比例，而与其在磁场中的位置无关。

永久磁铁62也可以由一个软磁体的铁心来代替。于是就可以用同样的电流将线圈60和68串联成一条电路，这样在活动线圈60上的磁力与这电流的平方成比例。

在图1中的汽轮机1的运行中，新的蒸汽通过进气箱26和调节阀30至达由外壳4包围的蒸汽室内，并通过喷嘴69喷射到一个叶轮70上。蒸汽从该处流经一个单独的级，该级由许多个固定的导向叶片72和许多个固定在转子2上并绕在其四周的涡轮叶片74所构成。涡轮机叶片72和74一级比一级更大更长，这是因为作功的蒸汽膨胀，因而它的体积也就增大。膨胀的蒸汽流过一个废气连接管76，可以首先作为作业蒸汽来使用，或者也可以直接送至连在汽轮机后面的一个冷凝器（未显示）内。

调节阀30用于调节进入外壳4内的新的蒸汽流的强度，这里阀的升程通过每个调节阀30所属的伺服驱动装置28内的线圈电流所控制。这电流的变换最好通过一个电子控制器来促成。对此所需用的线路未加以详细显示地穿过外壳4接在伺服驱动装置28上。为了操动调节阀30最好配置一个比例积分微分调节器（PID  Regclung），在这里阀的升程以及其速度的变化由调节器调制的大小来表达。

在使用一个快速关闭阀时（通常作为快速作用主要闭塞装置使用），并不是通过一个油压装置向一个快速关闭弹簧施加预应力，而是通过一个电磁铁或是一个电动机来实行。阀的释脱是以机电的方式进行的，这里一个弹簧在阀座前缓冲地截住该阀。此外，一个电动机充任本文开头所提到的油压驱动的轴动装置的任务。

一个这样的无油汽轮机和一个由其驱动的同样装有电磁轴承的压缩机可以作为整套的工作机组或者连机来无油地运转。这样一种连机的工作效率由于摩擦损失小和磁性轴承的需能量少而特别高。由于使用了磁性轴承6，8，14，轴3的振动也以非常有利的方式被抵销。这此优点当一个涡轮机组的发电机额外地配备上磁性轴承和直接由无油的汽轮机驱动时尤其显得突出。这样，火灾的危险基本上被排除。

Claims (8)

1、一种汽轮机带有一根至少其一部份的长度设在一个外壳(4)内并穿过该外壳(4)的轴(3)，该外壳包括一个高压侧(10)和一个与此相对置的排气侧(12)，还带有至少一个调节阀用以调节进入外壳(4)内的蒸汽流，其特征在于轴(3)无油地支承在设置在外壳(4)内高压侧(10)和排气侧(12)的磁性轴承(6，8，14)上，还在于借助一个电磁伺服驱动装置(28)无油地操作调节阀(30)。

2、如权利要求1的汽轮机，其特征在于在高压侧（10）的磁性轴承包括一个径向轴承（6）和一个轴向轴承（14）。

3、如权利要求2的汽轮机，其特征在于除径向轴承（6）和轴向轴承（14）外还设置有一个最好位于该两轴承（6，14）之间的止推轴承（16）。

4、如权利要求1至3中之一项的汽轮机，其特征在于高压侧（10）用一个盖子（23）气密地封住。

5、如权利要求1至4中之一项的汽轮机，其特征在于在外壳（4）的高压侧（10）设置有一个密封装置（22）。在朝着排气侧看去，磁性阀（6，14）就设置在这个密封装置（22）之前。

6、如权利要求1至5中之一项的汽轮机，其特征在于在外壳（4）内的排气侧（12）设有另一个止推轴承（18），这里一个设计在排气侧（12）的另外的密封装置（24）可以沿着蒸汽流的方向设置在磁性轴承（8）和止推轴承（18）的前方，或者它们的中间，而最好是在它们的后方。

7、如权利要求1至6中之一项的汽轮机，其特征在于电磁伺服驱动装置（28）也是设置在外壳（4）之内。

8、如权利要求1至7中之一项的汽轮机，其特征在于电磁伺服驱动装置（28）包括一个铁轭（32）和一个线圈（34）以及一个与一根推杆（36）相连的电枢（38）。

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